[發(fā)明專利]多模光纖

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310495549.8
• 申請日: 2010-09-08
• 公開（公告）號: CN103630964A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 瓦倫丁·蓋龐特瑟夫;邁克爾·弗亞特金;瓦倫丁·弗明;尼古拉·普拉特諾夫
• 申請（專利權(quán)）人: IPG光子公司
• 主分類號: G02B6/028
• 分類號: G02B6/028;H01S3/067
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 呂雁葭

背景技術(shù)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及多模(MM)光纖，其幾何配置可實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上的基模在MM光纖輸入端的激發(fā)，并且導(dǎo)引激發(fā)的基模而不使之與高階模耦合。?

已知技術(shù)

許多光纖激光器的應(yīng)用需要高功率、高品質(zhì)的光束。利用SM有源光纖的光纖激光器由于出現(xiàn)光學(xué)非線性的原因在功率方面受到限制。一種常見的解決方案是使用能夠支持一些高階模(HOM)但配置成可防止這些HOM的激發(fā)和放大的MM有源光纖。?

然而，由于非線性的存在，所述非線性包括但不限于受激拉曼散射(SRS)，這種MM光纖的功率縮放也有些受到限制。也許產(chǎn)生相對高的光學(xué)非線性閾值的最有效的切實(shí)可行辦法是通過增大纖芯直徑、減小數(shù)值孔徑并且還縮短非線性相互作用的有效長度的方式來減少M(fèi)M光纖的纖芯內(nèi)部的功率密度。遺憾的是，由于以下原因，這種幾何形狀是難以達(dá)到的。首先，纖芯直徑的增大導(dǎo)致HOM數(shù)增多，而HOM易被激發(fā)，這可能會(huì)不利地影響輸出光束的品質(zhì)。其次，制造具有真正極低△n的高品質(zhì)光纖是非常具有挑戰(zhàn)性的。第三，這種光纖對彎曲載荷是敏感的。?

光纖激光器領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的技術(shù)之一包括用占據(jù)纖芯中心區(qū)的摻雜劑分布來構(gòu)造MM光纖的纖芯，這將在下文討論。中心?摻雜區(qū)有效地將周邊非零方位角編號HOM(如LP11)的激發(fā)減到最少，而所述激發(fā)在常規(guī)上被認(rèn)為是起自MM光纖的輸入端或者是模耦合的結(jié)果。然而，中心摻雜區(qū)促進(jìn)在MM光纖的輸入端具有零方位角編號的中心對稱HOM(如LP02)的激發(fā)。如同任何其它的激發(fā)HOM，激發(fā)的中心模傾向于從基模中抽取能量，因此這產(chǎn)生了嚴(yán)重的問題。?

因此，需要被構(gòu)造成具有這樣的軸向截面的MM光纖，所述軸向截面提供對實(shí)質(zhì)上只激發(fā)基模最有利的條件。?

還需要具有這樣的纖芯的MM光纖，所述纖芯被構(gòu)造成具有這樣的折射率，所述折射率提供激發(fā)基模的增大的有效面積和對于非線性而言較高的閾值，其可使MM光纖輸出實(shí)質(zhì)上集中于基模的數(shù)十kW數(shù)量級的輻射。?

又需要具有這樣的摻雜劑分布的MM光纖纖芯，所述摻雜劑分布被構(gòu)造成增益實(shí)質(zhì)上導(dǎo)引基模LP₀₁而不使之與中心對稱模(如LP₀₂)耦合。?

進(jìn)一步需要用上述MM光纖放大器構(gòu)造的高功率光纖激光器系統(tǒng)，所述MM光纖放大器被構(gòu)造成提供基模與高階模之間的顯著增益差異。?

發(fā)明內(nèi)容

一種MM光纖可滿足所有上述指定的需求，所述MM光纖具有以光纖縱向軸為中心的纖芯，并被構(gòu)造成具有雙瓶頸形軸向截面和折射率的可控凹區(qū)，所述凹區(qū)以穿過縱向軸延伸的纖芯軸為中心。所公開的MM光纖放大器的每一特點(diǎn)解決相應(yīng)一種上面討論的已知現(xiàn)有技術(shù)的特性問題，并改進(jìn)放大器的實(shí)質(zhì)上單模(SM)操作的特性。?

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，光纖系統(tǒng)的MM有源光纖具有被構(gòu)造成將光纖的相對兩窄端的耦合損失減到最少的雙瓶頸形狀。通常情況?下，在高功率光纖系統(tǒng)中，輸入的SM光束由與MM有源光纖的輸入端接合的SM無源光纖來傳輸。如果相應(yīng)光纖的折射率和纖芯幾何形狀不同，也就是相應(yīng)單模與基模的模場直徑(MFD)和形狀或分布相互不匹配，則HOM激發(fā)的可能性很高。因此，這樣構(gòu)造纖芯的相對窄輸入瓶頸形端部，使得MFD和相應(yīng)的輸入SM及激發(fā)基模的形狀實(shí)質(zhì)匹配。?

考慮到數(shù)十kW數(shù)量級的高功率，沿標(biāo)準(zhǔn)均勻構(gòu)造的纖芯傳播的光的功率密度高，非線性的閾值低。非線性效應(yīng)的存在對高功率光纖激光器或放大器是限制性因素。因此，所公開的MM光纖的小端區(qū)對于非線性的產(chǎn)生來說是足夠短的，而光纖的中心區(qū)具有擴(kuò)大的均勻直徑，因此能實(shí)現(xiàn)功率密度的減少，并從而提高非線性的閾值。?

連接MM光纖放大器的相應(yīng)的相對端和中心區(qū)的相應(yīng)端部的轉(zhuǎn)換器區(qū)各自具有錐臺(tái)形截面。因此，轉(zhuǎn)換器區(qū)沿光路分別逐漸擴(kuò)張并逐漸變窄。因此轉(zhuǎn)換器區(qū)的幾何形狀允許激發(fā)基模的膨脹和壓縮，這將沿所述路徑的基模與HOM之間的耦合減到最少。因此，由于在輸入端主要只是基模受激發(fā)，所公開的MM光纖的形狀提供對這種模的保持和放大，以便在實(shí)質(zhì)上的基模中具有大功率的輸出。?

本發(fā)明進(jìn)一步的方面涉及除了具有雙瓶頸截面外還有助于得到對非線性的高閾值的光纖構(gòu)造。特別是，所公開的MM光纖被構(gòu)造成增加激發(fā)基模的模場直徑，并因此能更進(jìn)一步地提高對非線性的閾值。?